淺談改進灰色關聯(lián)分析法在淠河水環(huán)境質量評價中的應用

Word第第頁淺談改進灰色關聯(lián)分析法在淠河水環(huán)境質量評價中的應用1改良灰色關聯(lián)分析法評價原理

1.1基本原理

灰色關聯(lián)度分析方法是對系統(tǒng)中所包含的互相聯(lián)系、互相影響、互相制約的因素(如指標)之間,在進展過程中,其同步(或同向)改變的程度進行比較的一種定量討論方法,事實上是對時間序列曲線幾何樣子進行相像或相異程度的分析比較,即:幾何樣子越相像,則進展改變態(tài)勢越全都,關聯(lián)度也越大;反之,幾何樣子越相異,則進展改變態(tài)勢越不全都,關聯(lián)度也就越小。應用水質評價時,通過比較關聯(lián)度大小,確定出最大關聯(lián)度數(shù)列,其對應的參考數(shù)列即為所評價的水質所屬等級。

1.2評價步驟

1.2.1比較數(shù)列與參考數(shù)列的`確定設實測值有h組,評價因子有m個,則可以得到實際監(jiān)測數(shù)據(jù)組成的參考數(shù)列為X0(k)=Yj(k)={Yj(1),Yj(2),…,Yj(m)},其中j=1,2,3,…,h;k=1,2,…,m。

設水質分級標準共分n(n=5)級,每個點選取評價因子相同,共有m個,則可以得到各級水體分級標準組成的比較數(shù)列為Xi(k)={Xi(1),Xi(2),…,Xi(m)},其中i=1,2,3,…,n;k=1,2,…,m。

1.2.2對數(shù)列進行的無量綱化處理由于水質標準中各個指標的量級不同,必需在關聯(lián)分析之前進行數(shù)據(jù)的無量綱化處理。為了將分析對象之間的差異表達得最大,依據(jù)文獻,采納“中心化”變換:X0′(k)=Yj(k)-Yj(k)ej(k)(1)Xi′(k)=Xi(k)-Xi(k)ei(k)(2)式中:Yj(k)、Xi(k)、ej(k)、ei(k)依次為{Yj(k)}、{Xi(k)}的樣本均值與均方差。

1.2.3肯定差Δi(k)的計算由于評價標準并非一個數(shù)值,而是一個區(qū)間,傳統(tǒng)關聯(lián)分析中采納的點到點的計算方法不合適。文獻提出了一種基于點到區(qū)間距離的關聯(lián)系數(shù)公式,定義肯定差為:Δi(k)=X′min(k)-X0′(k)X0′(k)X′MIN(K)0X′MIN(K)X0′(K)X′max(k)(3)式中:X′min(k),X′max(k)分別為Xi′(k)最小值與最大值;Δi(k)為參考數(shù)列即評價對象第k個指標值與比較數(shù)列第k個指標值的肯定差。

1.2.4求關聯(lián)系數(shù)ai(k)在通過步驟(2)處理得到的數(shù)列中,{Xi′(k)}對{X0′(k)}在第k點的關聯(lián)度系數(shù)定義為:ai(k)。然后按下式計算參考數(shù)列與比較數(shù)列的關聯(lián)系數(shù)ai(k):ai(k)=minimink|X0′(k)-Xi′(k)|+|X0′(k)-Xi′(k)|+→←dmaximaxk|X0′(k)-Xi′(k)|dmaximaxk|X0′(k)-Xi′(k)|=Δmin+dΔmax|X0′(k)-Xi′(k)|+dΔmax(4)式中:ai(k)為X0′(k)與Xi′(k)在第k項評價因子的關聯(lián)系數(shù);d為辨別系數(shù),d∈[0,1],其取值不同,辨別力量不同,其值愈大,辨別力量愈強,一般取d=0.5;Δmin為最小肯定差,表示在各評價對象第k個指標值與比較數(shù)列第k個指標值的最小肯定差的基礎上,再按i=1,2,…,n找出全部最小肯定差中的最小值;Δmax為最大肯定差。

1.2.5求關聯(lián)度Vi綜合各點的關聯(lián)系數(shù),可以得參考數(shù)列與比較數(shù)列的關聯(lián)度Vi為:Vi=∑mk=1wj(k)ai(k)(5)式中:wj(k)為第j個年份中第k個評價因子的權重,一般各個評價因子作等權處理。

2應用實例

2.1評價因子確定

在水質評價中,一般選取對水體環(huán)境能夠產生重要影響的幾種因子為評價因子。依據(jù)淠河常規(guī)監(jiān)測資料并結合所采納評價方法的基本特點,確定選用:溶解氧(DO)、生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、高錳酸鹽指數(shù)4個評價因子。

2.2討論區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

由六安市環(huán)境監(jiān)測站的常規(guī)監(jiān)測資料統(tǒng)計獲得淠河各斷面監(jiān)測值。

2.3改良灰色關聯(lián)分析法的計算過程

2.3.1選定參考數(shù)列與比較數(shù)列以淠河4個監(jiān)測斷面的水質監(jiān)測值為參考數(shù)列。

2.3.2對監(jiān)測數(shù)據(jù)和評價標準進行無量綱化處理

根據(jù)公式(1),對水體污染物實測值組成的參考數(shù)列和評價標準組成的比較數(shù)列進行無量綱化處理。

2.3.3灰色關聯(lián)分析法的評價結果與分析根據(jù)計算公式及步驟,可以確定淠河各監(jiān)測斷面的各級關聯(lián)度。由表3可知,窯崗嘴大橋和大店崗斷面的水質均為Ⅰ類,光華廠渡口和新安渡口斷面的水質級別均為Ⅱ類,可見各斷面水質較清潔。同理,根據(jù)上述計算公式與步驟,應用灰關聯(lián)法對淠河的掌握斷面即新安渡口監(jiān)測斷面進行了水質評價。

3結語

(1)度,窯崗嘴大橋和大店崗斷面的水質均為Ⅰ類,光華廠渡口和新安渡口斷面的水質級別均為Ⅱ類,各斷面水質較清潔。

(2)度,淠河新安渡口斷面在豐水期、平水期、枯水期的水質依次屬于Ⅱ級、Ⅱ級、Ⅰ級,水質較清潔,水期對水質影響不大。